[發(fā)明專利]熱壓燒結TiB2-Ti(C,N)陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110001337.0
• 申請日: 2011-01-06
• 公開（公告）號: CN102173811A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 黃傳真;劉琳;鄒斌;劉含蓮;宋金鵬;朱洪濤;劉戰(zhàn)強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

一、技術領域

本發(fā)明涉及新材料技術領域，尤其是熱壓燒結TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料及其制備方法。

二、背景技術

通過多元復合的方法可以提高TiB₂基陶瓷材料的燒結性能，降低其燒結溫度，使其在較低的溫度下可以達到致密化，并且適當的材料組分、晶粒生長抑制劑和燒結工藝可以使晶粒細化，進而提高材料的力學性能。TiB₂陶瓷具有高熔點(3225℃)、高彈性模量(529GPa)和高硬度(約32GPa)、化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕性好，是一種典型的耐高溫結構陶瓷，但其斷裂韌度及抗彎強度低，使其應用受到了極大的限制。目前通過加入添加相，采用多元復合的方法來提高材料的性能，雖然材料性能有了一定的提高，但還遠遠無法滿足現代制造業(yè)的發(fā)展對高強、高硬、高韌性的刀具材料及工具、模具材料的要求。

當前，TiB₂基陶瓷材料的制備方法有：原位反應合成法、自蔓延高溫合成技術、無壓燒結和爆炸燒結等。傳統(tǒng)制備工藝存在制備設備與工藝復雜，成本高，不利于產業(yè)化等不足之處。

三、發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服目前TiB₂基陶瓷材料和制備方法存在的缺陷，通過向基體中添加Ti(C，N)及金屬相的方法，大幅度提高其綜合性能，提供質量優(yōu)良、工藝簡單、成本低廉的TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料及制備方法。

本發(fā)明的基本構思是將TiB₂、Ti(C，N)、Ni、Mo粉末按照一定的質量比例混合，采用真空熱壓燒結法，在合適的升溫速率、壓力、生長溫度和保溫時間下，合成系列TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料。

制備TiB₂-Ti(C，N)的混合粉的成分質量比為：TiB₂?43.0％-71.4％；Ti(C，N)?10.2％-39.2％；Ni?11.0％-11.4％；Mo?6.8％-7.0％。

制備TiB₂-Ti(C，N)的工藝路線為：(1)將按比例配制的TiB₂、Ti(C，N)、Ni、Mo混合粉末裝入缸式球磨機中，用硬質合金球磨24小時和用100目篩過篩；(2)將過篩后的配料裝入上下封閉的石墨模具，再放入高溫燒結爐內；(3)在升溫速率70℃/min、壓力32MPa、溫度1600℃、保溫60min條件下制備成TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料。

其合成的陶瓷材料的純度高，TiB₂與Ti(C，N)晶粒較細小，晶界結合緊密致密，沒有長棒狀晶粒產生。Ti(C，N)晶粒的尺寸為0.5μm以內，TiB₂晶粒的尺寸介于1μm-3μm。合成的陶瓷材料的抗彎強度為867.55-1019.53MPa，斷裂韌度為6.25-6.89MPa.m0.5，硬度為22.80-23.65GPa。本發(fā)明為現代加工制造業(yè)提供了一種性能優(yōu)良的刀具和工具材料。

本發(fā)明構思新穎，所制備的陶瓷材料強度和硬度高，韌性好，質量優(yōu)良，能滿足現代加工工藝對刀具、工具和模具材料的性能要求；加工工藝及設備簡單，成本低，易于產業(yè)化。

四、附圖說明

圖1為熱壓燒結法制備的陶瓷材料TiB₂-Ti(C，N)的掃描電鏡照片。

五、實施例：

按實施例附表中所列的組成成份，將混合粉末裝入缸式球磨機中，用硬質合金球磨24小時和用100目篩過篩后，裝入上下封閉的石墨模具中，在升溫速率70℃/min、壓力32MPa、溫度1600℃、保溫60min條件下制備而成。

實施例附表